Комплексное использование сырья

Комплексное использование сырья

Проблема  комплексного использования сырья  имеет большое значение как с  экологической, так и с экономической  точек зрения. Во многих отраслях промышленности до 60 -70 % себестоимости продукции  приходится на долю сырья. Рациональное использование сырья и вовлечение в производство вторичных ресурсов является важнейшей народнохозяйственной задачей и возведено в ранг государственной политики.

При разработке месторождений полезных ископаемых большие объемы вскрышных  пород направляют в отвалы, которые  занимают значительные площади. Вместе с тем, отвалы горных производств  представляют собой дешевое и  ценное сырье, которое может найти  применение в строительстве, землепользовании и других отраслях промышленности.

Актуальной  проблемой является комплексное  использование сырья с переводом  всех компонентов в промышленные продукты. Рассмотрим некоторые способы  решения этой проблемы.

В России разработана безотходная  технология переработки нефелинового сырья. Нефелиновый концентрат совместно  с известняком подвергают спеканию при температуре 1 250 — 1 300 °С. После  спекания получают продукт.

При водном выщелачивании спека алюминаты  щелочных методов переходят в  раствор. Феррит натрия гидролизуется  с образованием едкого натра и  гидроксида железа. Двухкальциевый силикат  взаимодействует с алюминатным  раствором, в результате получаются алюминаты щелочных металлов и трехкальциевый гидроалюминат. Протекает реакция: 3(СаО Si02) + 2(Na20 А1203) + 8Н20 - Na20 А12Оэ 2SiOr 2НгО + Na20 Si02 + ЗСаО А12Оэ- 6Н20

Образуется  нефелиновый (белитовый) шлам, который  отделяют от раствора, промывают и  направляют на производство цемента.

Алюмосиликатный раствор подвергают обескремниванию, при котором образуются малорастворимые  алюмосиликаты. Их отделяют фильтрованием  и прокаливают. Получают готовый  продукт — глинозем.

Очищенный раствор алюминатов натрия и калия  обрабатывают газами, содержащими С02. Получают раствор, в состав которого входят Na2C03 и К2С03. Раствор упаривают, а затем проводят дробную кристаллизацию. Первоначально выкристаллизовывают соду Na2C03, а затем поташ К2С03.

Технологическая схема комплексной переработки  нефелинового сырья обеспечивает полное использование всех компонентов  сырья и переработку их в товарные продукты и является безотходной.

На  получение 1 т глинозема расходуется 3,9 — 4,3 т нефелиноного концентрата; 11,0 -13,8 т известняка; 3 -3,5 т топлива; 4,1 — 1,6 Гкал пара; 1050 — 1 190 кВт-ч электроэнергии.

При этом производят 0,62 — 0,78 т кальцинированной соды; 0,18 — 0,28 т поташа; 9 — 10 т портландцемента. Эксплуатационные затраты на производство промышленных продуктов на 10 — 15 % ниже затрат при получении этих веществ  другими промышленными способами.

Рассмотрим  теперь процессы комплексной переработки  минеральной руды. При переработке  некоторых руд до 30 — 40 % полезных компонентов уходит в хвосты. В  настоящее время в переработку  поступают все более бедные минералы с низким содержанием ценного  компонента. Например, содержание меди в сульфидных рудах снизилось  за последние 20 лет с 4 до 0,5 %. В большинстве  случаев для получения 1 т металла  надо переработать 100 — 200 т руды.

Другая  особенность минерального сырья  — содержание в них в небольших  количествах высокотоксичных веществ, которые затем переходят в  отходы. Это относится к соединениям  серы, мышьяка, сурьмы, селена, теллура  и других цветных металлов.

Особенно  остро проблема стоит в металлургической промышленности. Высокое содержание ценных или токсичных компонентов  не позволяет отнести отходы металлургической промышленности к отвальным и  требует внедрения новых технологий по их переработке.

Рассмотрим  в качестве примера технологию переработки  сульфидных руд, содержащих медь и другие цветные металлы. В России медь получают из медно-цинковых, медно-никелевых, медно-молибденовых и медно-кобальтовых руд. Более 80 % меди из медно-цинкового сырья производят по металлургическому методу. Он состоит  из следующих основных операций:

• флотационная обработка руд с  получением медного концентрата;

• окислительный обжиг;

• плавка, после которой получают штейн  — сплав сульфидов меди и железа, и шлаки — расплав оксидов  металлов.

Применяемый метод не может решить проблему комплексного использования сырья. Степень извлечения меди из сырья не превышает 75 — 78 %. Кроме  того, в медный концентрат переходит  до 50 % цинка, дополнительно в отвальных  и пиритных хвостах теряется до 20 % цинка. Долгое время на обогатительных фабриках из руды извлекали только медь, а остальные компоненты уходили  и отвалы.

В настоящее время разработана  и промышленно освоена технология коллективно-селективной флотации медно-цинковых руд, которая позволяет  извлекать из руды медный и цинковый концентраты. Согласно этой схеме первоначально  руду измельчают и направляют на сульфидную флотацию. Получают сульфиды металлов, а пустая порода уходит в отвал. Далее  сульфидный концентрат после измельчения  направляют на медно-цинковую флотацию, в результате проведения которой  получают медный, цинковый и пиритный концентраты. Медный концентрат подвергают пирометаллургической переработке. В  качестве конечного продукта получают рафинированную медь. Имеется несколько  способов переработки цинковых концентратов, которые применяются на отечественных  и зарубежных заводах.

За  рубежом наиболее распространен  фьюминг-процесс. Он основан на продувке расплавленного шлака воздухом в  смеси с восстановителем. При  этом соединения цинка и сопутствующих  ему элементов — кадмия, свинца, олова — возгоняются. Далее они  улавливаются системой фильтров. Этим способом выделяют до 90 % цинка, 99% свинца, 80 — 85% олова.

Другой  метод комплексной переработки  цинковых концентратов — вальцевание  — применяют на Каменогорском  комбинате. Технология процесса состоит  в плавке в трубчатых печах  совместно измельченного концентрата  и кокса. В возгоняемые газы переходят  соединения цинка, свинца, кадмия. В  клинкере остаются медь, железо, благородные  металлы, кремнезем и глинозем. В  пиритный концентрат переходят многие элементы, содержащиеся в руде.

Другой  пример комплексного использования  сырья — технология переработки  медно-никелевых руд. Эти руды —  ценнейшее полиметаллическое сырье, которое помимо никеля и меди содержит кобальт, благородные металлы, редкие и рассеянные элементы. Они добываются на Норильском, Талнахском месторождениях и на Кольском полуострове. При обогащении сырья большая часть примесей переходит в пиритные концентраты. До последнего времени пиритные концентраты  направляли на химические предприятия, где их использовали для извлечения серы и получения серной кислоты. Остальные элементы оставались в  огарке, который уходил в отвалы или на производство цемента.

На  Норильском ГОК создана технология по комплексной переработке медно-никелевого сырья. Первоначально руду подвергают селективной флотации с выделением медного и никелевого концентратов. Никелевый концентрат (содержание никеля 4-5 %) расплавляют в электрических  или шахтных отражательных печах  для отделения пустой породы и  получения никеля в виде сульфидного  сплава (штейна). В нем содержание никеля достигает 10-15%. Наряду с никелем  в штейн частично переходит железо, кобальт, медь и практически полностью  благородные металлы. Для отделения  железа жидкий штейн окисляют продувкой  воздухом. Следующей операцией является флотация, при проведении которой  разделяют соединения меди и никеля. Никелевый концентрат обжигают в  печах кипящего слоя до полного удаления серы и получения NiO. Металлический черновой никель получают восстановлением его оксида в электрических дуговых печах, а затем подвергают рафинированию.

Для выделения кобальта используют его  способность образовывать комплексные  соединения. С этой целью раствор  никеля и кобальта обрабатывают хлором, гипохлоритом натрия или другими  окислителями. Конечным продуктом является оксид кобальта Со304, из которого получают металлический кобальт.

На  комбинате «Южуралникель» и на Норильском ГОК для извлечения сопутствующих  элементов из медно-никелевых руд  применены сорбционная и экстракционная технологии.

Впервые академик Б. Н.Ласкорин использовал  карбоксильные смолы для сорбционного извлечения урана из рудных пульп.

В настоящее время ионообменная сорбция  находит промышленное применение для  извлечения цветных и благородных  металлов из руд или отходов их переработки.

Приведем  несколько примеров: для извлечения золота из руд используют ионит АНК-5-2; аниониты хорошо сорбируют анионные формы молибдена; перспективно применение сорбции для извлечения вольфрама; разработана технология промышленного  извлечения ванадия с помощью  ионоактивных сорбентов.

Во  всех случаях применения метода сорбции  существенно повышается коэффициент  извлечения металлов из рудного сырья, снижаются капитальные и эксплуатационные затраты, уменьшаются или полностью прекращаются сбросы вредных веществ в окружающую среду.

Экстрагирование также широко используется для комплексного извлечения металлов из природного сырья. Метод основан на обработке жидких смесей растворителями, избирательными по отношению к отдельным компонентам.

Экстракционные  процессы широко применяют для извлечения редких металлов: разделяют и извлекают  тантал и ниобий, цирконий и гафний, скандий, иттрий, таллий и индий, вольфрам, молибден, рений и другие редкоземельные металлы.

На  Норильском ГКО реализовано промышленное производство иридия методом высокотемпературной  экстракции этого металла из сульфатных растворов кобальтового производства.